Cell?|?曹鵬團隊聯合多單位開發新型探針系統，實現在活體大腦中研究α-Synuclein的聚集和病理機制

帕金森病（PD）是全球高發的神經退行性疾病，其核心病理特征是 α- 突觸核蛋白（α-Syn）異常聚集形成路易小體和路易神經突，這些聚集體的擴散與神經元損傷直接推動疾病進展。長期以來，缺乏能在活體大腦中精準追蹤 α-Syn 聚集體的工具，導致科學家難以實時觀測其動態傳播及病理影響，極大限制了疾病機制研究和治療開發。

2026年3月4日，北京生命科學研究所（NIBS）曹鵬實驗室牽頭，聯合北京大學、中國科學技術大學、中國科學院生物物理研究所、北京師范大學、清華大學等多家單位，在Cell在線發表題為Genetically encoded fluorescent reporters to visualize α-synuclein pathology in live brain的研究論文。該研究成功開發系列遺傳編碼熒光探針基因及相應敲入小鼠模型，實現活體大腦中α-Syn聚集體的高特異性、高靈敏度可視化追蹤，系統解析其在不同神經元亞型中的病理效應，為帕金森病及相關突觸核蛋白病研究提供革命性工具。

研究團隊針對 α-Syn 聚集體檢測難題，設計融合蛋白策略 —— 將小鼠 α-Syn 與熒光蛋白（EGFP 或 tdTomato）通過連接肽連接，篩選 7 種連接肽變體后，鑒定出最優的 6H 連接肽，構建 α-Syn-6H-EGFP 和 α-Syn-6H-tdT 兩種核心報告基因。該系統具有聚集依賴的熒光增強特性，α-Syn 單獨存在時熒光微弱，整合到聚集體中后熒光強度提升 5 倍，且生物相容性優異，不誘發 α-Syn 聚集、不影響內源性蛋白功能，與磷酸化 α-Syn（p-α-Syn）的共定位率高達 93%-97%。基于 CRISPR/Cas9 技術，團隊培育的 Snca-6H-EGFP 和 Snca-6H-tdT 敲入小鼠，報告基因表達模式與內源性 α-Syn 一致，為在體研究奠定理想模型基礎。

借助這一創新工具，研究團隊實現多項突破：向敲入小鼠前額葉聯合皮層（FrA）注射 α-Syn 預制原纖維（PFFs）后，通過雙光子活體成像，首次在清醒小鼠大腦中實時觀察到 α-Syn 聚集體的傳播過程 —— 注射后 28 天局限于 FrA，84 天后擴散至初級運動皮層（M1）、次級運動皮層（M2）和初級體感皮層（S1），為 “朊病毒樣傳播” 提供直接在體證據。

聯合 Ca2?成像和全細胞膜片鉗技術，發現含 α-Syn 聚集體的 M1 神經元靜息態 Ca2?瞬變頻率降低，21% 變為無活性狀態，自發動作電位發放率顯著下降；在黑質致密部（SNc）多巴胺能神經元中，聚集體導致興奮性和抑制性突觸后電流振幅降低，且通過單細胞轉錄組測序和質譜分析，證實聚集體可擾亂線粒體功能、泛素 - 蛋白酶體系統、溶酶體功能等關鍵通路，導致多巴胺代謝異常。

團隊還開發了 Cre 依賴的 RCL-Snca-6H-EGFP 小鼠，通過與不同工具鼠雜交，成功在多巴胺能、谷氨酸能、膽堿能神經元中特異性標記 α-Syn 聚集體。針對帕金森病非運動癥狀，發現迷走神經背側運動核（DMV）膽堿能神經元中的聚集體可降低神經元興奮性，導致胃腸動力障礙，為解析非運動癥狀機制提供直接證據。

該報告基因系統還成為高效藥物篩選平臺，驗證了肝素、角鯊胺等已知抑制劑的作用，更發現鉀通道抑制劑 4 - 氨基吡啶（4-AP）可通過增強神經元動作電位發放，顯著抑制 α-Syn 聚集。在體實驗證實，4-AP 處理可減少 SNc 和 DMV 區域的 α-Syn 聚集體，緩解相關運動障礙和胃腸功能異常，揭示神經元活動與 α-Syn 聚集的雙向調控關系，為治療提供全新靶點。

總之，該研究通過多學科交叉合作，突破活體大腦中 α-Syn 病理研究的技術瓶頸，開發的工具兼具高特異性、高靈敏度和生物相容性，可推廣至路易體癡呆、多系統萎縮等其他突觸核蛋白病研究。相關敲入小鼠和報告基因載體已可通過曹鵬實驗室獲取，將為全球神經科學領域提供強大工具。研究揭示的調控環路及 4-AP 的治療潛力，也可為帕金森病靶向治療提供新思路和候選藥物。

北京生命科學研究所曹鵬研究員、中國科學院生物物理研究所王曉群研究員、中國科學技術大學熊偉研究員、北京大學周專研究員、北京師范大學吳倩研究員為論文共同通訊作者，張麗、余敏慧、陳國慶、葛思遠、王夢迪等為共同第一作者。

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00163-7

制版人： 十一

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